福州市二環(huán)路小客車空駛特性研究

李 娜

(福建警察學(xué)院治安系，福建福州 350007)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)和人民生活水平逐步提高，我國正處在小客車占據(jù)優(yōu)勢(shì)的機(jī)動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程中[1]。大量空駛小客車出行降低道路資源利用率，加劇了城市交通擁堵和環(huán)境污染。因此，車輛空駛問題受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

國內(nèi)學(xué)者對(duì)車輛空駛問題的研究主要對(duì)象集中在出租車、貨車及小客車等。在出租車空駛特性研究方面，一是對(duì)出租車空駛特性研究。周侗等[2-3]主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程和數(shù)據(jù)處理技術(shù)開展基于出租車軌跡數(shù)據(jù)的研究，探討出租車空駛率分布特性并設(shè)計(jì)了軌跡數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。曹祎與羅霞[4-5]主要通過數(shù)學(xué)建模研究打車軟件使用下，乘客等待時(shí)間模型、打車軟件使用率與空駛率之間關(guān)系。開展類似研究的學(xué)者還有姜晶莉、魏中華、莊立堅(jiān)等[6-8]。二是以空駛率為重要參數(shù)分析出租車運(yùn)營特性、投放控制與調(diào)度模式等，為出租車提供運(yùn)營管理服務(wù)。典型代表有楊康、焦紅紅、宋麗紅等[9-11]。在貨車空駛特性研究方面，由于貨車單程空駛造成運(yùn)營成本增大，梁衛(wèi)東、王林、馬佩芬[12-14]等幾位學(xué)者以貨車空駛為研究對(duì)象，對(duì)該現(xiàn)象產(chǎn)生原因及減少貨車空駛的對(duì)策進(jìn)行研究。陳雅琴、宋藝斌、張賀真[15-17]等為代表的學(xué)者針對(duì)救護(hù)車空駛開展研究，主要探討急救車空車返回的原因以及相應(yīng)解決對(duì)策。僅少量學(xué)者關(guān)注小客車空駛規(guī)律，韓鳳春等[18]基于對(duì)北京東、西三環(huán)快速路高峰與平峰期間小客車空駛特性調(diào)查，提出大力發(fā)展公共交通、設(shè)置HOV車道、提高小客車用車成本以降低小客車空駛率，學(xué)者張馳[19]也采用類似方法對(duì)上海中心城區(qū)家用小客車空駛規(guī)律進(jìn)行研究，提出限制中心城區(qū)小客車空駛措施。

國外學(xué)者對(duì)空駛問題的研究集中在實(shí)施HOV(High-Occupancy Vehicle)車道設(shè)置及其對(duì)減少車輛空駛的效果。美國從19世紀(jì)60年代開始通過實(shí)施HOV車道降低客車空駛率，緩解交通擁堵。Ali等[20]基于華盛頓地區(qū)車輛運(yùn)行GPS數(shù)據(jù)的研究表明，車輛在HOV車道上的行駛時(shí)間比普通車道短，因此，HOV車道對(duì)提高道路資源利用率有積極作用。英國利茲的調(diào)查數(shù)據(jù)[21]顯示，HOV車道開通可縮短路段通行時(shí)間7 min，能提高車輛搭載乘客概率，降低車輛空駛率。R.H.Henk[22]等針對(duì)德州車道運(yùn)行效果的研究表明，增加車輛內(nèi)部乘坐人數(shù)對(duì)節(jié)省出行時(shí)間有著積極作用，可提高車道利用率。

上述研究對(duì)分析車輛空駛特性以及探索降低出租車、貨車和小客車空駛率等路徑非常有意義。隨著我國居民生活水平不斷提高，機(jī)動(dòng)車保有量逐年攀升，道路資源日趨緊張。韓鳳春[18]、張弛[19]等的研究顯示，北京、上海等特大城市的城市快速路、中心城區(qū)小客車空駛率高達(dá)50%以上，道路資源利用率不高。小客車空駛特性的研究可為科學(xué)制定城市交通管理政策緩解城市快速路交通擁堵提供參考。福州作為二線城市的典型代表，是否也存在小客車空駛率高的問題，這正是本文所關(guān)注的。本文以福州市二環(huán)路為研究對(duì)象，選取典型斷面進(jìn)行小客車空駛特性調(diào)查，分析快速路交通流特性和小客車空駛規(guī)律，探索小客車空駛與交通流之間關(guān)系，提出降低小客車空駛率具體方略。

1 數(shù)據(jù)采集

1.1 基本定義

(1)小客車。根據(jù)《城市道路工程技術(shù)規(guī)范》(GB51286—2018)和《機(jī)動(dòng)車類型數(shù)據(jù)和定義》(GA802—2019),本文所指小客車是外廓尺寸滿足一定條件(如表1所示)，乘坐人數(shù)小于或等于9人的載客汽車(不包含微型載客汽車)。

表1 小客車外廓尺寸 m

(2)不同載客量小客車。按載客量不同將在道路上行駛的小客車分為3類：車內(nèi)只有駕駛?cè)恕o乘客乘坐的“空駛小客車”；車內(nèi)有駕駛?cè)撕?～2名乘客的“低載小客車”；車內(nèi)有駕駛?cè)撕?名(含)以上乘客的“高載小客車”。

(3)空駛量?？振偭渴侵柑囟〞r(shí)間段內(nèi)，通過道路某斷面的空駛小客車數(shù)量，單位為veh/5 min。

(4)空駛率。空駛率是指特定時(shí)間段內(nèi)，小客車空駛量與通過道路某斷面交通總量的比值，無單位。

1.2 調(diào)查時(shí)間和地點(diǎn)

調(diào)查時(shí)間：2020年10月27日(周二)，上午7:00～9:30、下午16:30～19:00，天氣晴朗，無異常交通事件發(fā)生。

調(diào)查地點(diǎn)特征：福州市南二環(huán)路蓋山人行天橋所在斷面，道路為雙向六車道、四幅路、設(shè)計(jì)車速100 km/h，是福州市城南與城北之間的重要通勤要道。蓋山人行天橋附近有齊安新苑、迎霞新城、首山麗景和華潤山莊等大量交通出行發(fā)生源，以及新蕾小學(xué)、福建船政交通職業(yè)學(xué)院、學(xué)生街城市廣場等交通出行吸引源。早、晚高峰時(shí)段會(huì)產(chǎn)生較多以小客車為出行工具的交通需求，而這些時(shí)段的小客車空駛特性對(duì)提升二環(huán)路服務(wù)水平有重要影響。因此，在小客車空駛特性研究中，選取南二環(huán)蓋山人行天橋下南向北主路橫斷面進(jìn)行調(diào)查，如圖1所示。

圖1 福州市南二環(huán)蓋山調(diào)查地點(diǎn)位置圖

1.3 調(diào)查方法

1.3.1 人工法

采用人工法觀察駛過調(diào)查斷面小客車內(nèi)載客數(shù)量，用調(diào)查儀進(jìn)行分類記錄，獲取車輛到達(dá)時(shí)刻和車型數(shù)據(jù)。主路單向3車道，每車道調(diào)查人員2名，共6名。

1.3.2 激光調(diào)查儀

采用安裝在道路兩側(cè)的便攜式激光交通調(diào)查儀(簡稱“激光調(diào)查儀”)自動(dòng)記錄車輛的到達(dá)時(shí)刻、行駛方向、車道、速度和車型等數(shù)據(jù)。

2 交通流特性分析

2.1 交通量特性

以連續(xù)5 min為調(diào)查間隔對(duì)激光調(diào)查儀測(cè)得的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制交通量分布圖，如圖2所示。

圖2 觀測(cè)斷面交通量分布圖

由圖2可知，觀測(cè)斷面交通量在309～560 veh/5 min之間，平均交通量約為5 172 veh/h。高峰小時(shí)為7:25～8:25，交通量為6 223 veh/h，平均每車道交通量約為2 074 veh/h。早高峰期間調(diào)查斷面負(fù)荷度為1.17，高峰小時(shí)系數(shù)PHF5=0.93，二環(huán)路交通處于強(qiáng)制流狀態(tài)。下午交通量高峰時(shí)段為17:30～18:30，調(diào)查斷面負(fù)荷度約為0.82，交通處于穩(wěn)定流狀態(tài)。

2.2 車速特性

對(duì)激光調(diào)查儀測(cè)得的觀測(cè)斷面車速數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制車速頻數(shù)分布曲線，如圖3所示。

圖3 觀測(cè)斷面車速頻數(shù)分布圖

由圖3可知，觀測(cè)斷面車速主要分布在20～60 km/h之間，其中車速在30～40 km/h之間占比約為1/3，超過90%的車輛駛過觀測(cè)斷面的速度低于60 km/h。車輛行駛速度明顯低于設(shè)計(jì)速度，且上午低于下午，車速低于20 km/h和超過60 km/h的車輛很少，調(diào)查數(shù)據(jù)基本呈正態(tài)分布，平均車速為46.27 km/h。

3 小客車空駛特性分析

3.1 統(tǒng)計(jì)特性

對(duì)人工調(diào)查獲取的小客車到達(dá)時(shí)刻及載客狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并計(jì)算空駛率，結(jié)果如表2所示。表中流量為觀測(cè)斷面南向北方向5 min交通量，單位為veh/5 min，空駛率為對(duì)應(yīng)調(diào)查間隔內(nèi)觀測(cè)斷面小客車空駛率(%)。

圖4 小客車空駛量與空駛率隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

由表2可知，觀測(cè)時(shí)段內(nèi)駛過觀測(cè)斷面的小客車總量為19 322 veh，占全部車輛的74.69%。其中空駛小客車15 286 veh，占小客車總量的79.11%，占交通總量的59.09%；低載小客車、高載小客車分別占交通總量的13.76%(3 559 veh)、1.84%(477 veh)。觀測(cè)時(shí)段內(nèi)小客車空駛率處于48.91%～66.56%之間，平均空駛率為58.26%，南二環(huán)路小客車出行比例高，空駛率較高且波動(dòng)不大。

3.2 時(shí)間分布特性

對(duì)不同調(diào)查間隔空駛量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制小客車空駛量和空駛率時(shí)間分布如圖4所示，可知：

(1)空駛量出現(xiàn)“雙高峰”特征。上下午空駛量高峰時(shí)段分別出現(xiàn)在07:40～08:40、17:30～18:30，這兩個(gè)時(shí)段與交通量高峰時(shí)段基本重合(交通量高峰時(shí)段為07:25～08:25、17:30～18:30)。與下午相比，上午高峰時(shí)段空駛量大但持續(xù)時(shí)間短。通過配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，P=0.000<0.01，上下午空駛量有顯著差異，上午平均空駛量比下午多49.2 veh/5 min。

(2)空駛率存在高峰特征。上下午空駛率最大的時(shí)段分別是07:50～08:50、17:40～18:40，這兩個(gè)時(shí)段均比空駛量對(duì)應(yīng)高峰時(shí)段晚10 min。在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，小客車空駛率最高可達(dá)66.56%，調(diào)查時(shí)段內(nèi)，僅下午17:20～17:25和18:00～18:25小客車空駛率低于50%，占比僅為3.33%，有8個(gè)調(diào)查間隔小客車空駛率高于65%，占比為13.33%，說明小客車空駛率較高且持續(xù)時(shí)間較長；通過配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，P=0.012<0.05，表明上下午空駛率有差異，上午平均空駛率比下午高2.41%。

綜上，調(diào)查時(shí)間段內(nèi)上午空駛量、空駛率顯著高于下午，即上午小客車空駛現(xiàn)象比下午更普遍、更嚴(yán)重；調(diào)查時(shí)段內(nèi)，小客車空駛率高于50%的調(diào)查間隔高達(dá)96.37%，說明小客車空駛率較高且持續(xù)時(shí)間較長。

3.3 空駛量與交通量關(guān)系

3.3.1 空駛量與交通總量

運(yùn)用SPSS對(duì)小客車空駛量與交通總量之間的關(guān)系進(jìn)行分析，P=0.000<0.01，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.934，二者之間有顯著相關(guān)性且相關(guān)程度高，繪制散點(diǎn)圖如圖5所示。

由圖5可知：觀測(cè)斷面上下午期間散點(diǎn)圖表明，小客車空駛量與交通總量之間有較好的線性關(guān)系，隨著交通總量的增加，空駛小客車數(shù)量隨之增加，小客車空駛率增大。

圖5 空駛量與交通總量散點(diǎn)圖

3.3.2 空駛量與小客車交通量

運(yùn)用SPSS對(duì)小客車交通量與空駛量關(guān)系進(jìn)行分析，P=0.000<0.01，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.961，二者之間有顯著相關(guān)性且相關(guān)程度高，繪制散點(diǎn)圖如圖6所示。

由圖6可知：觀測(cè)斷面上下午小客車空駛量與小客車交通量之間存在線性關(guān)系，隨小客車交通量增加，小客車空駛量也不斷增加。

圖6 空駛量與小客車交通量散點(diǎn)圖

3.3.3 空駛量與交通總量、小客車交通量關(guān)系

研究表明，小客車空駛量與交通總量及小客車交通量均存在線性關(guān)系。將60個(gè)調(diào)查間隔按順序賦值為1～60，t為時(shí)間變量，t∈{1,2,…,60}。用線性回歸分別對(duì)上下午調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合優(yōu)度分別為R2=0.923，R2=0.855。

式中，Q(t)、q(t)分別是調(diào)查間隔內(nèi)交通總量、小客車交通量、f(t)為對(duì)應(yīng)調(diào)查間隔的小客車空駛量，三者單位均為veh/5 min。

綜上，小客車空駛量隨調(diào)查斷面交通總量、小客車交通量的增加而增加，但交通總量和小客車交通量對(duì)空駛量的影響程度有所不同，上下午的數(shù)據(jù)均顯示小客車交通量對(duì)空駛量的影響比交通總量更大。因空駛量很難通過常規(guī)的檢測(cè)設(shè)備和視頻技術(shù)獲取，故模型除用于分析小客車空駛量與交通量之間的關(guān)系外，還可作為預(yù)測(cè)小客車空駛量的方法。

3.3.4 模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證模型有效性，以福州市北二環(huán)路茶園人行天橋所在道路斷面為調(diào)查地點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)2020年10月29日(周四)7:00～9:30和16:30～19:00的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(見表3)并進(jìn)行檢驗(yàn)，表中Q是調(diào)查斷面交通總量、q是小客車交通量、f是小客車空駛量。

運(yùn)用SPSS對(duì)北二環(huán)路茶園人行天橋斷面小客車空駛量預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示P=0.182>0.05，即模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)無顯著性差異，模型有效。因此，可用該模型對(duì)福州市二環(huán)路小客車空駛量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表3 福州市北二環(huán)茶園人行天橋斷面流量調(diào)查表

3.4 降低空駛率措施

為提升交通運(yùn)行效率，福州市采取諸多措施，包括啟動(dòng)加密路網(wǎng)項(xiàng)目、優(yōu)化交通信號(hào)控制方案、持續(xù)開展非機(jī)動(dòng)車專項(xiàng)整治、加大電動(dòng)自行車管理力度等[23]，但這些措施對(duì)提升快速路交通運(yùn)行效率的作用有限，因此，應(yīng)根據(jù)小客車空駛特征，采取針對(duì)性措施降低小客車空駛率，提升二環(huán)路的服務(wù)水平和運(yùn)行效率。

(1)引導(dǎo)市民轉(zhuǎn)變用車?yán)砟?/p>

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，小客車出行數(shù)量不斷增大，給城市道路交通系統(tǒng)帶來很大壓力。引導(dǎo)市民轉(zhuǎn)變用車?yán)砟?，鼓?lì)市民選擇道路資源利用率高、綠色環(huán)保的交通工具出行非常重要。針對(duì)福州市二環(huán)路小客車出行比例高和空駛率較高的現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)變小客車駕駛?cè)擞密嚴(yán)砟钍志o迫。與此同時(shí)，加強(qiáng)公共交通系統(tǒng)建設(shè)。一方面應(yīng)加快福州市軌道交通建設(shè)，增加運(yùn)營里程、擴(kuò)大覆蓋范圍、提升客運(yùn)能力；另一方面應(yīng)增大公共交通服務(wù)范圍，提高運(yùn)行精準(zhǔn)性和便利性，為市民選擇綠色出行提供保障。

(2)科學(xué)設(shè)置HOV合乘車道

通過設(shè)置HOV車道滿足高峰期間高載客量小客車優(yōu)先通行權(quán)，實(shí)現(xiàn)合乘，降低出行總量，對(duì)降低小客車空駛率，緩解交通擁堵具有一定現(xiàn)實(shí)意義。我國未有HOV車道的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，參考張舉、韓得利等[24-25]的研究結(jié)論，將HOV車道設(shè)置條件歸納并梳理福州市二環(huán)路對(duì)應(yīng)條件。

表4 HOV車道設(shè)置條件

表4為福州市二環(huán)路滿足設(shè)置HOV車道所需的道路和交通條件。若將低載小客車和高載小客車均作為HOV車輛，則HOV比例為15.6%，該指標(biāo)雖不在推薦范圍內(nèi)，但只略大于推薦上限值15%，仍可將其作為HOV車輛的重要參考。綜上，可將福州市二環(huán)路內(nèi)側(cè)道路設(shè)置為HOV 1+車道，以減少小客車空駛，提升二環(huán)路服務(wù)水平。

(3)采取機(jī)動(dòng)車尾號(hào)限行政策

福州市二環(huán)路小客車出行比例74.69%，空駛率最高達(dá)66.56%，小客車空駛量與交通總量、小客車交通量均成正線性相關(guān)，因此，可通過減少小客車出行總量降低小客車空駛率。根據(jù)福州道路交通實(shí)際，適時(shí)采取機(jī)動(dòng)車尾號(hào)限行策略，減少小客車空駛量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

4 結(jié)語

通過對(duì)福州市南二環(huán)路典型斷面小客車空駛特性調(diào)查與分析，結(jié)果表明：(1)小客車空駛現(xiàn)象嚴(yán)重。在調(diào)查時(shí)段內(nèi)，小客車空駛率高于50%的占調(diào)查時(shí)段的96.67%，小客車平均空駛率為58.26%，最高為66.56%，說明城市快速路小客車空駛率較高且空駛時(shí)間長，道路資源浪費(fèi)嚴(yán)重，這與韓鳳春[18]、張弛[19]等的研究結(jié)論一致；(2)小客車空駛量出現(xiàn)高峰時(shí)段，該時(shí)段與交通量高峰小時(shí)基本一致，且上午小客車空駛現(xiàn)象比下午更嚴(yán)重；(3)交通總量、小客車交通量與空駛量均成線性關(guān)系，與韓鳳春等建立的一元二次模型[18]相比，本文提供一種更簡單的空駛量預(yù)測(cè)模型。

基于此，應(yīng)引導(dǎo)市民轉(zhuǎn)變用車?yán)砟?、科學(xué)設(shè)置HOV車道鼓勵(lì)合乘、采取機(jī)動(dòng)車尾號(hào)限行政策以降低小客車空駛率，提升二環(huán)路交通運(yùn)行效率和服務(wù)水平。未來應(yīng)在廣泛開展交通調(diào)查基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)小客車空駛率對(duì)交通運(yùn)行狀態(tài)影響及不同空駛率下實(shí)施HOV車道運(yùn)行效果方面的研究。